A neutroncsillagok az Univerzum legsűrűbb objektumai, tömegüknél nagyobbak, mint a Nap, de viszonylag kis gömbbé sűrítve.
Mekkora a neutroncsillag? A sugár korábbi becslései nyolc és tizenhat kilométer között mozogtak. A frankfurti Goethe Egyetem (Németország) asztrofizikusai a gravitációs hullámok mérésén alapuló, kifinomult statisztikai megközelítéssel meg tudták határozni a neutroncsillagok méretét 1,5 km-en belül. A kutatók jelentését a Physical Review Letters ismerteti.
A neutroncsillagok a világegyetem legsűrűbb objektumai, tömegük nagyobb, mint a Nap, de viszonylag kis gömbbé sűrítve. Több mint 40 éve a neutroncsillagok méretezése a magfizika Szent Grálja, amelynek felfedezése fontos információkat nyújt a magsűrűségek alapvető viselkedéséről.
A neutroncsillagok egyesüléséből származó gravitációs hullámok detektálására vonatkozó adatok (GW170817) fontos hozzájárulást jelentenek e talajmegoldáshoz. 2017 végén Luciano Rezzolla professzor, Elias Most és Lucas Weich tanítványaival együtt már felhasználta őket arra a régóta fennálló kérdésre, hogy megválaszolják a neutroncsillagok maximális tömegét, mielőtt összeomlanak egy fekete lyukba. Az első fontos eredmény után ugyanaz a csapat Jurgen Schaffner-Belich professzor segítségével szigorúbb korlátokat tűzött ki a neutroncsillagok méretére.
A gravitációs hullámokat generáló neutroncsillagok ütközésének művészi ábrázolása. Hitel: Carnegie Tudományos Intézet.
A lényeg az, hogy a neutroncsillagok anyagát leíró állapotegyenlet ismeretlen. A fizikusok statisztikai módszereket választottak a neutroncsillagok szűk határokon belüli méretének meghatározására. Több mint kétmilliárd elméleti modellt számoltak ki, megoldva a számukra Einstein-egyenletet, és ezt a nagy adatsort kombinálták a GW170817 gravitációs hullámok detektálásának korlátjaival.
Ennek eredményeként a kutatók 1,5 kilométeres különbségen belül meghatározták egy tipikus neutroncsillag sugarát: 12 és 13,5 kilométer között mozog, amelyet tovább finomíthat a gravitációs hullámok jövőbeni észlelése.
"A problémának azonban több megoldása is lehet" - kommentálja Jurgen Schaffner-Belich. Lehetséges, hogy rendkívül nagy sűrűség esetén az anyag drámai módon megváltoztatja tulajdonságait, és megközelíti az úgynevezett "fázisátmenetet". Ez hasonló ahhoz, ami a vízzel történik, amikor megfagy és folyadékból szilárdvá válik. A neutroncsillagok esetében ez az átmenet feltehetően "kvark" anyaggá alakítja a hétköznapi anyagot, olyan csillagokat hozva létre, amelyek tömegük ugyanolyan lesz, mint "ikerük", a neutroncsillag, de sokkal kisebbek, ezért még tömörebbek.
Promóciós videó:
Bár létezésükre nincs bizonyíték, elfogadható megoldás lehet, és a frankfurti kutatók ezt a lehetőséget a további bonyodalmak ellenére is figyelembe vették. Az erőfeszítés meghozta gyümölcsét: az ikercsillagok statisztikailag valószínűtlenek voltak. Ez egy fontos megállapítás, amely most lehetővé teszi a tudósok számára, hogy kizárják ezeknek a nagyon kompakt tárgyaknak a létezését. A gravitációs hullámok jövőbeni megfigyeléséből kiderül, hogy a neutroncsillagoknak vannak-e egzotikus ikrei.